C-DCDS直流刀開關在NCZ型電解槽中的應用

郭成軍，周學虎，侯 偉

（新疆天業天偉化工有限公司，新疆 石河子 832012）

C-DCDS直流刀開關在NCZ型電解槽中的應用

郭成軍，周學虎，侯 偉

（新疆天業天偉化工有限公司，新疆 石河子 832012）

介紹了NCZ型離子膜電解槽產生反向電流的原因、C-DCDS直流刀開關裝置以及該裝置減少反向電流的原理，并對C-DCDS直流刀開關裝置的實際運用效果進行了分析。

C-DCDS直流刀開關裝置；NCZ型離子膜電解槽；反向電流

新疆天業集團天偉化工公司2014年4月17日15萬t/a離子膜燒堿項目順利開車。離子膜電解槽引進的是日本旭化成公司NCZ型高電流密度自然循環零極距電解槽。NCZ型離子膜電解槽改善了陰極涂層的性能，在離子膜電解槽的陰極面使用了活性涂層RuO2，但是該涂層有較低的溶解電位。在離子膜電解槽停車后該涂層很容易被電解液因原電池反應產生的反向電流所腐蝕而導致其脫落。新疆天業集團天偉化工公司決定在15萬t/a離子膜燒堿項目中的離子膜電解槽中使用C-DCDS直流刀開關裝置來減少反向電流對陰極涂層的危害。

1 反向電流的產生及危害

由于淡鹽水中的游離氯有2種存在形式，其一是氯氣溶解在淡鹽水中成為溶解氯。氯氣在淡鹽水中的溶解量與管線氣液比率、鹽水溫度、壓力、pH值有關，其中淡鹽水pH影響最為明顯，這一指標根據旭化成要求控制在2.0～3.0為宜。這是由于該pH值范圍可有效降低溶解氯在淡鹽水中的溶解量；其二是以ClO-形式存在。在電解槽停車以后游離氯會在陽極放電，發生原電池反應。主整流器運行時電解槽處于極化狀態，停止時電解槽電離平衡與極化狀態相反，方程式如下：

陽極：Cl2+2e→Cl-

陰極：H2+2OH--2e→2H2O

反向電流在電解槽中的流動情況見圖1。

由圖1可以看出，游離氯在陽極放電后推動原電池效應發生。而總管電位與單元槽電位形成電位差，電解液通過軟管循環形成回路，也就是反向電流的回路。因單元槽為串聯形式，且通過軟管的反向電流與單元槽電位成比例。電解槽中間部位的單元槽所流經的反向電流為最大，其綜合了各個軟管的反向電流，隨著單元槽數的增多而變大。

由于NCZ型零極距電解槽的陰極活性涂層為RuO2，溶解電位較低。因此反向電流的危害就主要

體現在對電解槽陰極涂層的腐蝕上。

圖1 離子膜電解槽反向電流示意圖

2 C-DCDS直流刀開關裝置及注意事項

2.1 C-DCDS直流開關裝置介紹

C-DCDS直流刀開關主要由連接銅板、氣缸、觸點裝置、滅弧裝置、控制柜、調節用手柄等組成見圖2。

圖2 D-DCDS直流刀開關裝置示意圖

該裝置完成開關操作分為氣動與電動2種，氣動通過氣缸來驅動完成，天偉化工離子膜電解槽安裝的是氣動裝置，與DCS程序連鎖，DCS得到斷電信號時打開電磁閥，電磁閥放氣來驅動C-DCDS直流刀開關打開。氣動無法打開時則通過現場控制柜手動完成開關操作。現場操作手柄是用來裝置試用或調試使用，不推薦以此種方式進行C-DCDS裝置的開關操作。因為手動操作手柄時不能保證觸點分離時火花及時消除，而電解槽區域為甲級防爆區，存在嚴重的安全隱患。

裝置的觸點裝置分為主觸點裝置與輔觸點裝置。主觸點裝置為1個，上部連接有工藝空氣管線，用耐熱不導電材料與外部隔離，在主觸點分離時及時消除觸點分離時產生的火花。輔觸點裝置為2個，分別置于主觸點裝置兩邊，觸點分離時主觸點延時分離，觸點接觸時輔觸點延時接觸，這樣保證產生的火花始終集中在主觸點以便工藝空氣及時消除火花。

滅弧裝置由連接在本裝置連接銅板的電線、線盒、保險絲等組成。主要作用是電解槽停電時，本裝置啟動過程消除電弧用。每次停車本裝置啟動完成后必須更換線盒中的保險絲。

2.2 注意事項

該裝置的連接銅板存在氧化問題，在裝置的連接銅板上置有溫度顯示貼，銅板溫度超過120℃，則裝置運行出現異常。電解槽送電以后，C-DCDS連接銅板有發黑跡象，因此定時對連接銅板保養也顯得尤為重要。

3 C-DCDS直流刀開關裝置的作用原理

由于溶解氯在陽極室放電產生原電池反應，每個單元槽相當于一個原電池，電解槽中所有單元槽在串聯的情況下，流經電解槽中間部分單元槽的反向電流為最大，基于這一點，將C-DCDS刀開關安裝于電解槽中間部位的終端槽框銅端上，見圖3。

圖3 C-DCDS刀開關在電解槽中安裝位置

流經電解槽中間部位反向電流的總電流是各單元槽反向電流之和，因此可以由等差數列求和公式推算出反向電流總和為（1+N）N/2，和值約等于單元槽數的平方除以二。根據圖3可以得出：在電解槽停車時，C-DCDS刀開關將電解槽從中間一分為二，將電解槽內所產生的反向電流最終降為原來的四分之一極大地減輕了反向電流對陰極涂層的傷害見圖4。

由圖4可以看出使用C-DCDS刀開關后反向電流降為原來的1/4，而根據旭化成提供的數據，此時的反向電流值低于陰極涂層RuO2的溶解電位，已達到保護電解槽陰極涂層的目的，從而可以保障電解槽的正常運行。

4 C-DCDS刀開關在實際運用中的效果分析

圖4 零極距電解槽使用C-DCDS刀開關反向電流示意圖

新疆天業天偉化工公司15萬t/a離子膜燒堿項目于2014年4月17日順利開車，開車后設備運行良好，各項工藝指標控制合格，開車后系統發生一次動力電跳停事故。動力電跳停5 min無法送電，因此陰陽極循環主要靠高位槽位差自流。動力電跳停時運行電解槽為1#、4#、5#。鹽水高位槽鹽水滿足停車時大流量沖洗要求。C-DCDS連鎖正常打開，計時器1啟動2 min的大流量沖洗后計時器2啟動50 min的陽極循環。再次開車后通過單元槽電壓測試對比，可以得出C-DCDS直流刀開關有效減少反向電流的結論。現將1#、5#電解槽動力電跳停前與跳停后的單元槽電壓做以下對比，見圖5。

圖5中的4張單元槽電壓數據表都是在系統原始開車后一周內測量的。從曲線來看，總體走勢平穩，但是由于單元槽框墊片是全新的，導致單元槽之間間距增大，單元槽槽壓相對上升與不規則。圖a與圖b對比，反向電流最容易影響的電解槽中間部分單元槽電壓未出現大的波動，反而單元槽電壓數據顯示整體相對平穩，這說明每天對電解槽的有效擠壓效果明顯，反向電流未對電解槽陰極涂層造成影響；圖c和圖d對比，單元槽電壓較停電前也是相對平穩，電槽中間部分單元槽電壓數據未出現異常。由此可以得出，C-DCDS直流刀開關有效的降低了反向電流對陰極涂層的影響，可以保障NCZ型零極距電解槽的正常使用。

5 使用C-DCDS直流刀開關后的開車前確認與停車檢查

5.1 開車操作

（1）確認C-DCDS刀開關DCS連鎖投入；

（2）電解操作人員檢查C-DCDS刀開關是否處于關閉狀態；如未關閉，則檢查處理使儀表盤處于正常關閉狀態，電解槽處于連接狀態。后將C-DCDS控制模式切換為遠控模式；

（3）電氣人員檢查C-DCDS刀開關線路連接正常。

5.2 停車操作

（1）主控制室確認DCS連鎖打開C-DCDS直流刀開關，如未打開，通過人機界面手動操作按鈕打開；如果確定C-DCDS直流刀開關遠程未能打開則通知電解人員將控制柜切為本控，立即手動打開；

（2）主整流器停止后，DCS控制連鎖C-DCDS在3 s后自動開啟。連鎖計時器1自動控制陰陽極液大流量沖洗2 min。以盡快降低溶解氯的溶解量；

（3）沖洗2 min后，為了保護陰極涂層不受反向電流腐蝕，在陰極液流量歸零后反向電流達到最小值，連鎖計時器2自動控制陽極液流的大流量循環，而停止陰極液的循環，持續這種狀況50 min。50 min后主控室操作人員確認陰陽極流量恢復至正常流量；

（4）如出現陽極液循環動力設備停止，短時間內動力設備無法送電，則啟用備用緊急電源供純水泵使用，用純水置換陽極液。此時由于C-DCDS刀開關已打開，反向電流已降為原來的1/4，因此，小流量的純水做為最為安全的保障方式是能夠降低溶解氯的溶解量來減少反向電流對陰極涂層的腐蝕的。

6 使用C-DCDS刀開關需要注意的問題

（1）開車操作時DCS確認連鎖投入、電解操作人員確認C-DCDS直流刀開關關閉、電氣確認線路、觸點良好，以保證停車以后C-DCDS刀開關正常動作；

（2）如停車后C-DCDS刀開關遠程操作未能動作，則需現場手動分開。但是在這種情況下，假如其中1臺電解槽未分開，手動打開的時間在最短時間上被允許。如果多于1臺電解槽C-DCDS刀開關未動作，則現場手動分開的時間極為緊張，因此需要在停車第一時間確認C-DCDS刀開關動作，如有未動作，則班長協助崗位人員在最短時間手動打開未動作的C-DCDS刀開關；

（3）C-DCDS刀開關將原來的反向電流降低為1/4，理論上仍存在反向電流腐蝕陰極涂層的。

7 結語

通過對C-DCDS直流刀開關在NCZ型離子膜電解槽上的實際應用分析，得出C-DCDS可以有效的減少電解槽斷電后產生的反向電流，達到保護陰極涂層不被反向電流腐蝕的目的。但是在實際使用過程中還需注意C-DCDS直流刀開關連接銅板的氧化問題，每次停車檢修時需對連接銅板保養擦拭以便其更好地與電解槽終端銅板完美契合，保持其良好的通電性。但是不足的是本裝置只是將電解槽斷電后的反向電流降為原來的1/4，而從根本上消除

NCZ型離子膜電解槽斷電后產生的反向電流，需要走的路還很長。

Actual application of adopting C-DCDS DC switches in NCZ type of electrolytic cell.

GUO Cheng-jun，ZHOU Xue-hu，HOU Wei
（Xinjiang Tianye Tianwei Chemical Industry Co.，Ltd.，Shihezi 832000，China）

The article introduced respectively the cause of generating reverse current in NCZ type of electrolytic cell，C-DCDS DC switch device as well as the principle of this device to reduce the reverse current.And analysis on practical application effect of C-DCDS DC switch device.

DC switch device；NCZ type of electrolytic cell；reverse current

圖5 系統原始開車一周內測得電流與電壓關系圖

TQ114.26+2

B

1009－1785（2015）01-0032-04

2014-05-15